添付CD-ROMの開発環境を利用する方法

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本ページでは「12ステップで作る 組込みOS自作入門」の内容を実際に試してみる際に， クロスコンパイラのビルドをしないで行う方法を説明します．

■ 概要

「12ステップで作る 組込みOS自作入門」の内容は，マイコンボード(CPUは「H8」) 上で動作するブートローダーとOSを自作するというものです． このために書籍の最初のステップで，H8用のクロスコンパイル環境を作成しています．

マイコンボード上で動作するプログラムを開発するには，クロスコンパイル環境が 必須です．書籍ではGNUプロジェクトの binutils と gcc というツールを自前で ビルドしインストールして利用するのですが，このビルド作業がネックになって 開発環境がうまく構築できない場合があります．

実はマイコンボードの添付のCD-ROMには似たような binutils + gcc の開発環境が 収録されており，これをインストールすることで開発をできなくもありません． しかし問題がひとつあり，添付CD-ROMの開発環境はCOFF形式というフォーマットで 実行形式ファイルを作成します．反面，書籍で作成するブートローダーはELF形式 というフォーマットを想定しており，COFF形式のファイルを認識できません．

つまり添付CD-ROMの開発環境でブートローダーやOSのモジュールを作成することは可能 なのですが，実際にはブートローダーがOSのモジュールをロードできないため， OSを起動することができない，ということになっています．

この解決策として，COFF→ELF形式変換のコンバータ「objchg」を作成しました． objchgを利用することで，マイコンボードの添付CD-ROMに付属している開発環境で 開発をすることができます．このため binutils と gcc のビルドが必ずしも必要では 無くなり，入門者にとって入門しやすくなります．

binutils と gcc のビルドがどうしてもうまくいかないときなどに， 選択肢のひとつとしてご利用ください．

■ できることとできないこと

以下の環境での開発が可能になります．

• WindowsXP + cygwin + マイコンボードの添付CD-ROM付属の開発環境
• GNU/Linux + マイコンボードの添付CD-ROM付属の開発環境
• GNU/Linux + 追加インストールしたh8300-hmsの開発環境 (Ubuntuではビルド済みのモジュールがパッケージにあり，追加インストール できる．他ディストリビューションでも同様のパッケージがあるかもしれない)

ただし以下の点に注意してください．

書籍の内容ではオブジェクトファイルも実行形式もELF形式であり，readelfコマンド で内容を解析することができます．書籍の中でも，readelf コマンドで内容確認 している部分が何箇所かあります．

しかしここで説明している開発環境を利用すると，オブジェクトファイルはCOFF形式に なるため，readelf で解析できません．この場合，(表示形式は異なってきますが) objdump コマンドで代用できるので，解析にはこちらを利用してみてください． objdump コマンドの利用方法は以下です．

% h8300-hms-objdump -x <解析ファイル>

また実行形式はCOFF→ELF変換を行っているためreadelfで解析できますが，COFFから の変換を行っているため，その内容は書籍の内容とは微妙に異なってくると思います (動作上の実害はありません)．注意してください．

■ 確認環境

以下の環境での動作確認をしてあります．

なお Ubuntu9.10 ではシリアルの接続にcuが利用できます．使いかたは

% cu -l /dev/ttyS0 -s 9600

■ やりかた

まずは以下からobjchgをダウンロードしてください．

• objchg.zip
  (注)バグがあったため2011/01/11に修正し，置き直しました．修正以前に ダウンロードしたかたは，最新版をダウンロードしなおして利用してください．

objchg.zip を展開し，ソースディレクトリ中の以下の位置に置いてください．

さらに objchg フォルダで make を実行することで，objchg の実行形式を作成 してください．

src ─┬─ 01 ── bootload ── main.c    ┐
      │                         startup.s │(１stステップのソースコード)
      │                         vector.c  │
      │                         …        ┘
      ├─ 02 ── bootload ── … (２stステップのソースコード)
      ├─ 03 ── bootload ── … (３stステップのソースコード)
      …
      └ tools─┬ h8write─── h8write.c (h8writeのソースコード)
                │               h8write   (h8writeの実行形式)
                └ objchg ─── main.c    ┐
                                 coff.c    │★★★ここに配置する★★★
                                 elf.c     │(objchgのソースコード)
                                 …        ┘
                                 objchg    (objchgの実行形式)

書籍中で紹介しているソースコードには，修正が必要です． 以下の修正を加えてください．

(ブートローダーの修正)

・GNU/Linux環境の場合

ブートローダーのMakefileに，以下の修正を加えてください．

diff -ruN bootload.orig/Makefile bootload/Makefile
--- bootload.orig/Makefile	Wed Dec 29 19:29:46 2010
+++ bootload/Makefile	Wed Dec 29 19:29:46 2010
@@ -1,5 +1,5 @@
-PREFIX  = /usr/local
-ARCH    = h8300-elf
+PREFIX  = /usr
+ARCH    = h8300-hms
 BINDIR  = $(PREFIX)/bin
 ADDNAME = $(ARCH)-
 
@@ -41,7 +41,7 @@
 
 $(TARGET) :	$(OBJS)
 		$(CC) $(OBJS) -o $(TARGET) $(CFLAGS) $(LFLAGS)
-		cp $(TARGET) $(TARGET).elf
+		cp $(TARGET) $(TARGET).coff
 		$(STRIP) $(TARGET)
 
 .c.o :		$<
@@ -62,4 +62,4 @@
 		$(H8WRITE) -3069 -f20 $(TARGET).mot $(H8WRITE_SERDEV)
 
 clean :
-		rm -f $(OBJS) $(TARGET) $(TARGET).elf $(TARGET).mot
+		rm -f $(OBJS) $(TARGET) $(TARGET).coff $(TARGET).mot

・cygwin環境の場合

上記GNU/Linuxの場合の修正をMakefileに加え， さらにMakefileに以下の修正を加えてください．

diff -ruN bootload.linux/Makefile bootload/Makefile
--- bootload.linux/Makefile	Wed Dec 29 19:35:34 2010
+++ bootload/Makefile	Wed Dec 29 19:35:34 2010
@@ -41,6 +41,7 @@
 
 $(TARGET) :	$(OBJS)
 		$(CC) $(OBJS) -o $(TARGET) $(CFLAGS) $(LFLAGS)
+		mv $(TARGET).exe $(TARGET)
 		cp $(TARGET) $(TARGET).coff
 		$(STRIP) $(TARGET)
 

(OSの修正)

6thステップ以降は，OSのMakefileとld.scrに以下の修正を加えてください．

・GNU/Linuxの場合

diff -ruN os.orig/Makefile os/Makefile
--- os.orig/Makefile	Wed Dec 29 19:29:46 2010
+++ os/Makefile	Wed Dec 29 19:29:46 2010
@@ -1,5 +1,5 @@
-PREFIX  = /usr/local
-ARCH    = h8300-elf
+PREFIX  = /usr
+ARCH    = h8300-hms
 BINDIR  = $(PREFIX)/bin
 ADDNAME = $(ARCH)-
 
@@ -13,6 +13,8 @@
 RANLIB  = $(BINDIR)/$(ADDNAME)ranlib
 STRIP   = $(BINDIR)/$(ADDNAME)strip
 
+OBJCHG  = ../../tools/objchg/objchg
+
 OBJS  = startup.o main.o interrupt.o
 OBJS += lib.o serial.o
 
@@ -38,8 +40,10 @@
 
 $(TARGET) :	$(OBJS)
 		$(CC) $(OBJS) -o $(TARGET) $(CFLAGS) $(LFLAGS)
-		cp $(TARGET) $(TARGET).elf
+		cp $(TARGET) $(TARGET).coff
 		$(STRIP) $(TARGET)
+		$(OBJCHG) -f coff -t elf -i $(TARGET) -o $(TARGET).elf
+		cp $(TARGET).elf $(TARGET)
 
 .c.o :		$<
 		$(CC) -c $(CFLAGS) $<
@@ -51,4 +55,4 @@
 		$(CC) -c $(CFLAGS) $<
 
 clean :
-		rm -f $(OBJS) $(TARGET) $(TARGET).elf
+		rm -f $(OBJS) $(TARGET) $(TARGET).coff $(TARGET).elf
diff -ruN os.orig/ld.scr os/ld.scr
--- os.orig/ld.scr	Wed Dec 29 19:29:46 2010
+++ os/ld.scr	Wed Dec 29 19:29:46 2010
@@ -1,4 +1,4 @@
-OUTPUT_FORMAT("elf32-h8300")
+/* OUTPUT_FORMAT("elf32-h8300") */
 OUTPUT_ARCH(h8300h)
 ENTRY("_start")
 

・cygwin環境の場合

上記GNU/Linuxの場合の修正をMakefileとld.scrに加え， さらにMakefileに以下の修正を加えてください．

diff -ruN os.linux/Makefile os/Makefile
--- os.linux/Makefile	Wed Dec 29 19:36:06 2010
+++ os/Makefile	Wed Dec 29 19:36:05 2010
@@ -40,6 +40,7 @@
 
 $(TARGET) :	$(OBJS)
 		$(CC) $(OBJS) -o $(TARGET) $(CFLAGS) $(LFLAGS)
+		mv $(TARGET).exe $(TARGET)
 		cp $(TARGET) $(TARGET).coff
 		$(STRIP) $(TARGET)
 		$(OBJCHG) -f coff -t elf -i $(TARGET) -o $(TARGET).elf

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